(完整版)第6章從雜交育種到基因工程(教案)

1、高考生物第一輪復(fù)習(xí)資料（教案）§ 2-6 從雜交育種到基因工程第6章 從雜交育種到基因工程第 1節(jié) 雜交育種與誘變育種【課標定位】1. 理解雜交育種和誘變育種的原理。2. 了解雜交育種和誘變育種的優(yōu)點和局限性?！窘滩幕貧w】一、雜交育種（一）雜交育種的實例以高產(chǎn)抗病小麥品種的選育為例P 高產(chǎn)不抗病小麥 × 低產(chǎn)抗病小麥F1高產(chǎn)抗病小麥（均為顯性性狀）F2保留高產(chǎn)抗病個體（淘汰高產(chǎn)不抗病、低產(chǎn)抗病、低產(chǎn)不抗病個體）高產(chǎn)抗病小麥（不再發(fā)生性狀分離）新的優(yōu)良品種（二）雜交育種的概念 將同一物種兩個或多個品種的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再經(jīng)過選擇和培育獲得生 物新品種的方法叫做雜交

2、育種。（三）雜交育種的原理 雜交育種依據(jù)的遺傳學(xué)原理是基因重組。（四）雜交育種的過程 選擇同一物種具有不同優(yōu)良性狀的親本雜交得F1，F(xiàn)1 自交或雜交得 F2，從 F2中選擇具有所需優(yōu)良性狀的個體。（五）雜交育種的優(yōu)缺點1. 雜交育種的優(yōu)點 可將同一物種不同品種的優(yōu)良性狀集中在一個個體上，而且操作簡便。2. 雜交育種的缺點（ 1）只能利用已有基因的重組，產(chǎn)生新的基因型，不能產(chǎn)生新的基因，因而雜交育種只 能出現(xiàn)新的性狀組合，而不會出現(xiàn)新的性狀。（ 2）由于雜交過程中會出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，因而育種進程緩慢，所需時間較長。（ 3）親本的選擇范圍比較局限：親本的選擇一般限制在同種生物范圍之內(nèi)，而且只適用

3、于進行有性生殖的生物。（六）雜交育種的應(yīng)用 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，雜交育種是改良作物品質(zhì)，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的常規(guī)方法，同時 也可用于家畜和家禽的育種。二、誘變育種（一）誘變育種的原理 誘變育種依據(jù)的遺傳學(xué)原理是基因突變。（二）誘變育種的方法利用物理因素（如 X 射線、射線、紫外線、激光等）或化學(xué)因素（如亞硝酸、硫酸二乙 酯等）來處理生物，使生物發(fā)生基因突變。（三）誘變育種的優(yōu)缺點 誘變育種最突出的優(yōu)點在于：可以提高突變率，加速育種進程，在較短時間內(nèi)獲得更多 的優(yōu)良變異類型。但是，有利變異不多，需大量處理供應(yīng)材料并且具有盲目性。（四）誘變育種的實例 “黑農(nóng)五號”大豆、青霉素高產(chǎn)菌株的選育等。（五）

4、誘變育種的應(yīng)用 誘變育種是創(chuàng)造動植物新品種和微生物新類型的重要方法。【要點突破】一、雜交育種過程分析1. 雜交育種過程圖解 （假設(shè)親本的基因型分別是 AAbb 和 aaBB，欲獲得雙顯性優(yōu)良性狀 的純合子）PF1F2AAbb×aaBBAAbb×aaBBAaBbA-B- A-bb不再發(fā)生性狀分離aaB- aabb5 -AABB1）若親本是不同純種，則2. 有關(guān)雜交育種的幾點說明F1往往表現(xiàn)一致，但從 F2 開始便會出現(xiàn)性狀分離，因此在雜 交育種過程中選擇往往從 F2 開始。2）若需培育顯性純合子，應(yīng)讓具有該性狀的個體連續(xù)自交，直至不再發(fā)生性狀分離才能推廣使用。（ 3）若需培育

5、隱性純合子，從F2 中選出具有該性狀的個體即可推廣使用，因為隱性性狀一旦出現(xiàn)即為純合子，自交后代不再發(fā)生性狀分離。（ 4）若需利用雜種優(yōu)勢，選取親本雜交，將母本所結(jié)種子直接利用即可，但需年年育種。（ 5）植株抗病性的檢測：在無相應(yīng)病原體的環(huán)境中，需用相應(yīng)病原體感染植株，以檢測 植株是否具有抗病性。（ 6）在進行動物雜交育種時，若需選育顯性純合子，一般采用測交的方法檢測顯性個體 是否為純合子。（ 7）雜交育種的適用范圍：同一物種的不同品種；能進行有性生殖；將不同品種 的優(yōu)良性狀集在中一個個體上。二、誘變育種1. 人工誘變的最佳處理時期是細胞分裂間期。2. 人工誘變只能提高突變率，而不能決定生物產(chǎn)

6、生的突變是否有利，因而人工誘變不能 提高生物有利變異的頻率。三、幾種常規(guī)育種方法的比較種類項目雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異方法雜交自交選擇自交利用物理因素或化學(xué) 因素處理生物用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理幼苗優(yōu)點能將不同個體的優(yōu)良性 狀集中于一個個體上且 操作過程簡單能提高突變率或出現(xiàn) 新的性狀，從而加速育 種進程葉片、種子和果實比 較大，營養(yǎng)物質(zhì)的含 量有所增加可以明顯縮短育種年限缺點時間長，須及時發(fā)現(xiàn)優(yōu) 良性狀，難以克服遠源 雜交不親和的障礙有利變異少， 需大量處 理供試材料并且具有 盲目性適用于植物， 在動物方面難以實施技術(shù)復(fù)

7、雜，需與雜 交育種配合適用范圍能夠進行有性生殖的植物和動物所有生物真核生物主要適用于能夠進行有性生殖的植物實例雜交水稻青霉素高產(chǎn)菌株三倍體無籽西瓜普通小麥純合體四、解決育種問題時育種方法的選擇1. 若需將同一物種不同親本的優(yōu)良性狀集中在一個個體上，既可進行雜交育種，也可進行單倍體育種（需配合使用雜交的方法）。2. 若需設(shè)計快速育種方案，則采用單倍體育種的方法。3. 若需大幅度改良某一品種，使之出現(xiàn)前所未有的性狀，則可采用誘變育種和雜交育種 相結(jié)合的方法。4. 若需培育高產(chǎn)量的無子果實，則可采用多倍體育種的方法。5. 若需將不同物種的優(yōu)良性狀組合到一起，則可采用基因工程育種的方法。達標自測1.

8、已知小麥的高稈對矮稈為顯性，紅粒對白粒為顯性。某科研人員在紅粒高稈麥田里偶然 發(fā)現(xiàn)一株白粒矮稈小麥，若需在兩、三年時間內(nèi)獲得大量白粒矮稈麥種，你認為應(yīng)該采 用的最佳育種方法是 （ B ） A.誘變育種B.自交育種 C. 人工嫁接 D.單倍體育種2. 人們利用激光或亞硝酸處理萌發(fā)的種子或幼苗能夠誘發(fā)基因突變，則激光或亞硝酸發(fā)揮 誘變作用的時間是有絲分裂的 （ A ） A.分裂間期B.分裂中期 C. 分裂后期 D.任意時期3. 現(xiàn)有基因型為 AAbb 和aaBB的兩個親本，兩對基因按自由組合定律遺傳。若需培育出基因 型為 aabb的新品種，你認為最簡便的方法是（ B ）A.單倍體育種B.雜交育種

9、C. 誘變育種 D.多倍體育種自我校對】二）同一 兩個或多 選擇和培育三）基因重組四）雜交 F2五） 1. 同一 一 簡便 2. （ 1）已有 基因型 基因 性狀組合 性狀2）性狀分離 緩慢 較長3）同種 有性一）基因突變二）物理 化學(xué) 基因突變?nèi)┩蛔兟视N進程 較短 不多 大量 盲第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用【課標定位】1. 簡述基因工程的基本原理。2. 舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。 【教材回歸】一、基因工程的原理（一）基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或 DNA 重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們的意愿把一種 生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里

10、，定向地改造生物 的遺傳性狀。（二）基因操作的基本工具1. 基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶 限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在 特定的切點上切割 DNA 分子。例如， 大腸桿菌中的一種叫做 EcoRI 的限制酶能夠?qū)Ｒ坏刈R別 GAATTC 的序列，并在 G 和 A 之間將這段序列切開。2. 基因的“針線” DNA連接酶兩種來源不同的 DNA 用同種限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是，這種黏合只能使 互補的堿基連接起來，脫氧核糖和磷酸交替連接而構(gòu)成的 DNA 骨架上的缺口（連接磷酸與脫 氧核糖之間的化學(xué)鍵 3，5 磷酸二酯鍵），需要靠 DNA 連接酶來

11、“縫合”。3. 基因的運輸工具運載體 要將外源基因送入受體細胞，還需要有專門的運輸工具運載體。目前常用的運載體 有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。質(zhì)粒存在于許多細菌以及酵母菌等生物的細胞中，是擬核 或細胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀 DNA 分子。（三）基因工程的操作步驟“四步曲” 基因工程的操作一般要經(jīng)歷四個步驟：提取目的基因目的基因與運載體結(jié)合將目的 基因?qū)胧荏w細胞目的基因的檢測與鑒定。二、基因工程的應(yīng)用（一）基因工程與作物育種1. 目的：在作物育種方面，欲獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各 種抗逆性的作物新品種。2. 實例：目前已成功培育出了抗蟲煙草、玉米、水稻和棉等多種作

12、物。此外，還培育出 了耐貯存的番茄、耐鹽堿的棉花、抗除草劑的玉米、油菜、大豆等多種轉(zhuǎn)基因作物。在畜牧 養(yǎng)殖業(yè)上，科學(xué)家利用基因工程的方法培育出了轉(zhuǎn)基因奶牛、超級綿羊等多種轉(zhuǎn)基因動物。3. 意義：抗蟲基因作物的使用，不僅減少了農(nóng)藥的用量，降低了生產(chǎn)成本，而且還減少 了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。（二）基因工程與藥物研制 在藥品生產(chǎn)中，有些藥品是直接從生物體的組織、細胞或血液中提取的。由于受到原料 來源的限制，價格十分昂貴。用基因工程的方法能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的 藥品，如胰島素、干擾素、白細胞介素，以及預(yù)防乙肝、霍亂、傷寒和瘧疾的疫苗等。（三）基因工程與環(huán)境保護 在環(huán)境保護方面，利用轉(zhuǎn)基因細

13、菌降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解 泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性【要點突破】一、基因工程的基本原理基因重組 基因工程是把一種生物的某種基因作為整體轉(zhuǎn)移到另一種生物的體細胞內(nèi)，基因仍然具 有一定的獨立性和完整性，基因的結(jié)構(gòu)沒有變化，只是位置改變而已。特別提示： 通過基因工程產(chǎn)生的變異是定向的，然而基因重組、基因突變和染色體變異產(chǎn)生的變異 是不定向的。二、基因操作的基本工具1. 限制酶（ 1）作用特點專一性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切 點上切割 DNA 分子。（ 2）作用結(jié)果產(chǎn)生黏性末端：被限制酶切開的DNA 兩條單鏈的切口

14、，帶有幾個伸出的核苷酸序列，它們之間的堿基正好互補配對，這樣的切口叫做黏性末端。（ 3）作用部位 3，5 磷酸二酯鍵：磷酸與脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵。特別提示：限制酶能夠切割外來 DNA ，也就是能限制異源 DNA 的侵入并使之失去活力，但對自身的 DNA 無損害作用。因此，目的基因必須與運載體結(jié)合后才能導(dǎo)入受體細胞。2.DNA 連接酶與 DNA聚合酶的比較比較項目DNA 連接酶DNA 聚合酶作用對象連接 DNA 片段連接游離的脫氧核苷酸作用條件不需要模板需要模板作用結(jié)果連接不同脫氧核苷酸之間的磷酸和脫氧核糖3. 基因的運輸工具運載體1）作用：將外源基因送入受體細胞。（ 2）必須具備的條件：能在

15、宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制這樣可保證目的基因 能在細胞分裂過程中復(fù)制并傳遞給子細胞；有多個限制酶切點這是運載體能夠接入多 種目的基因所必需的條件；有標記基因這是檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細胞中的重要 判斷依據(jù)。特別提示： 基因操作的“工具”與“工具酶”的區(qū)別：基因操作的工具包括限制酶、 DNA 連接酶以 及運載體，而基因操作的工具酶僅指限制酶和 DNA 連接酶。三、基因工程操作的基本步驟1. 提取目的基因 目的基因是指人們所需要的特定基因，提取目的基因的方法有直接分離基因和人工合成 基因兩條途徑。2. 目的基因與運載體結(jié)合首先用同一種限制酶切割質(zhì)粒，然后加入 DNA 連接酶和目的基因，使質(zhì)粒與

16、目的基因結(jié) 合成重組 DNA 分子。3. 將目的基因?qū)胧荏w細胞 主要是借鑒細菌或病毒侵染細胞的方法。4. 目的基因的檢測和鑒定 根據(jù)受體細胞中是否具有標記基因，判斷目的基因?qū)肱c否；根據(jù)受體細胞表現(xiàn)出的特 定性狀（如棉花的抗蟲性狀），判斷目的基因是否表達。四、基因工程的應(yīng)用與安全性1. 受體細胞的選擇 培育轉(zhuǎn)基因植物時，植物根、莖、葉等生活細胞均可作為受體細胞。但是，在培育轉(zhuǎn)基 因動物個體時，受體細胞一般選用受精卵。2. 基因工程的安全性 因為科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，在很多方面展示出美好的應(yīng)用前景，但基因工程也給人們 帶來了許多潛在的危險。因此要辯證看待基因工程所引發(fā)的問題，如可能制造超級細菌

17、和超 級雜草等；制造出難以制服的病原體、生物武品；轉(zhuǎn)基因動植物的出現(xiàn)引發(fā)物種入侵，有可 能破壞原有的生態(tài)平衡，對原有物種產(chǎn)生威脅；還可能帶來轉(zhuǎn)基因食品的安全性等問題。 【達標自測】1. 某科研人員將兔子血紅蛋白的 mRNA 加入含有大腸桿菌的培養(yǎng)液中，不久在大腸桿菌體 內(nèi)合成了兔子的血紅蛋白。上述事實說明 （ B ） A.蛋白質(zhì)的合成是在核糖體上進行的B. 各種生物共用一套遺傳密碼C. 兔子與大腸桿菌的基因發(fā)生了重組D .兔子的基因發(fā)生了誘發(fā)突變2. 利用“鳥槍法”將目的基因從供體細胞中分離出來需使用限制酶，而一種限制酶只能識 別一種特定的核苷酸序列，并從特點的切點進行切割。這是利用了酶的 （ B ） A.高效性B.專一性